Modern state estimation is often formulated as an optimization problem and solved using efficient local search methods. These methods at best guarantee convergence to local minima, but, in some cases, global optimality can also be certified. Although such global optimality certificates have been well established for 3D \textit{pose-graph optimization}, the details have yet to be worked out for the 3D landmark-based SLAM problem, in which estimated states include both robot poses and map landmarks. In this paper, we address this gap by using graph-theoretic approach to cast the subproblems of landmark-based SLAM into a form that yields a sufficient condition for global optimality. Efficient methods of computing the optimality certificates for these subproblems exist, but first require the construction of a large data matrix. We show that this matrix can be constructed with complexity that remains linear in the number of landmarks and does not exceed the state-of-the-art computational complexity of one local solver iteration. We demonstrate the efficacy of the certificate on simulated and real-world landmark-based SLAM problems. Finally, we study the robustness of the global optimality certificate to measurement noise, taking into consideration the effect of the underlying measurement graph.


翻译:现代状态估算往往被设计成一个优化问题,并使用高效的本地搜索方法加以解决。这些方法在最大程度上保证了与本地迷你趋同,但在某些情况下,全球最佳性也可以得到验证。尽管为 3D\ textit{position-graph 优化} 建立了这样的全球最佳性证书,但对于基于 3D 里程碑的 SLAM 问题还有待制定细节,其中估计的国家包括机器人配置和地图标志。在本文件中,我们通过图形理论方法解决这一差距,将基于地标的 SLAM 子问题化为一种能够产生全球最佳性充分条件的形式。存在计算这些子问题的最佳性证书的有效方法,但首先需要构建一个大的数据矩阵。我们表明,这一矩阵的构建复杂程度仍然线性,在里程碑数中仍然线性,并且不超过一个本地解决问题者的最新计算复杂性。我们展示了模拟和现实世界标志性SLAM 的证书的效力。我们研究了全球最佳度测量结果的精确性,研究全球测算结果的精确性,研究全球测算结果的准确性。

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